Doom Ray Traced - Shooter-Großvater mit High-Tech-Infusion auf dem Benchmark-Prüfstand

Der Großvater der Ego-Shooter erblüht dank einer Infusion moderner Technik in frischer, jugendlicher Vitalität. Der Ende des Jahres 1993 aus dem schöpferischen Geist der legendären Spiele-Schmiede id Software entstammende Shooter, der allen anderen Shootern vorausging und den PC endgültig zum technischen Vorreiter der Spiele-Maschinerie werden ließ, erstrahlt dank der Arbeit des Github-Users Sultim Tsyrendashiev in feinster Raytracing-Optik. Die am 1. April nicht in Form eines Scherzes veröffentlichte Modifikation basierend auf dem Doom-Source-Port PrBoom ist nicht das erste Raytracing-Experiment des Programmierers, aber vielleicht das bislang eindrücklichste. Zuvor veredelte Sultim Tsyrendashiev bereits Ports von Half-Life und dem ersten Serious Sam The First Encounter mit funkelnder Raytracing-Pracht.

Für Freunde der strahlenden Technik und der Grafik von Spielen im Allgemeinen ist natürlich jedes dieser kleinen Schmankerl einen Blick wert. Und natürlich ist es als alter Hase amüsierend, die in liebevoller Erinnerung gehaltene, doch realistisch betrachtet, stark veraltete Grafik etwa in Half-Life mit feinster, hochmoderner Beleuchtung ausstaffiert zu sehen. Die Grafik der alten Spiele wird nicht wirklich überzeugender oder beim Einsatz von hochauflösenden HD-Texturen und Mods vielleicht geringfügiger, doch man kann gut beobachten, wie die moderne Technik funktioniert. Gerade, weil der Rest der Grafik eher schlicht und einfach gehalten ist.

Doom RT: Technik-Informationen zum Klassiker

Die Raytracing-Unterstützung für den Shooter-Klassiker Doom ist dabei vielleicht einen nochmals genaueren Blick wert und das nicht nur, weil der grafische Sprung durch Raytracing bei dem alten Shooter von 1993 besonders groß zu sein verspricht. Denn im Grunde handelt es sich trotz dreidimensionaler Perspektive nicht um ein 3D-Spiel im modernen Sinne - dies ist aber eigentlich Voraussetzung für die moderne Raytracing-Darstellung. Doom nutzt keine Lichtquellen wie heutige Spiele, keine 3D-Objekte und es verwendet Bitmap-Oberflächen, die relativ wenig mit der heutigen Texturdarstellung zu tun haben. Werfen wir also einmal einen Blick auf Doom und wie dynamische Raytracing-Beleuchtung einen alten Shooter mit Sprite-Grafik frisch ausleuchten kann.

Die erste Besonderheit ist also das Doom von 1993 selbst: Das Spiel nutzt nicht wie heutige Titel Polygone beziehungsweise Geometrie, die von der Grafikkarte gezeichnet und mit komplexen, aus viellagigen Texturen bestehenden und mittels aufwendiger Shader berechneter Materialien bekleidet werden, um daraus die Spielewelt zu erstellen und diese darauf auszuleuchten. Diese Möglichkeiten gab es zur Geburt von Doom noch nicht bei geläufigen Spielerechnern. Doom erschafft seine Welten auf Basis einer 2D-Sektor-Map, auf denen geometrische Unterteilungen des Levels unterzubringen sind, die im Spiel mit unterschiedlicher Höhe dargestellt und deren Seiten mit Bitmap-Texturen bekleidet werden können. Die Texturen konnten außerdem die Ober- und Unterseite der Sektoren bekleiden, also beispielsweise Decke und Boden. Diese Sektoren dienen auch zur Ausleuchtung beziehungsweise präziser der künstlerischen Herangehensweise zwecks Suggestion der Ausleuchtung.

In Doom gibt es kein Licht im herkömmlichen Sinne. Es herrscht prinzipiell eine uniforme Helligkeit vor. Während Doom zwar eine Tiefe respektive Entfernung simuliert, indem diese Helligkeit mit steigendem Abstand zur Kamera graduell abnimmt, gibt es im Spiel kein eigentliches Licht, sondern einfach eine generelle, uniforme Ausleuchtung. Diese kann allerdings für jeden Sektor unterschiedlich ausfallen. Der Level-Designer kann also bestimmten Sektoren, beispielsweise in Form von Räumen, eine abweichende Helligkeit geben. So können etwa mehrere hintereinander folgende, stets etwas dunklere Sektoren einen stetig finster werdenden Gang darstellen oder hinter einer Tür ein hell erleuchteter Raum Waffen und Rüstungsteile für das Arsenal des Doom-Guys präsentieren. Die Sektoren können aber auch etwas geschickter und abstrakter und für die Atmosphäre nochmals stimmiger eingesetzt werden. So ist es möglich, etwa Boden und umliegende Wände in zusätzliche Sektoren zu unterteilen und diesen verschiedene Helligkeitswerte zu verpassen, um bestimmte Licht- und Schattenwürfe zu ersetzen. Doom erzeugt auf diese Art und Weise die "Beleuchtung" - Lichtschein, so wie er in heutigen Spielen und teils seit Jahrzehnten simuliert wird, existiert in Doom von 1993 noch nicht.

Quelle: PC Games Hardware Doom Ray Traced - Trotz 2D-Sprites und altertümlichen Design funktioniert Doom erstaunlich gut mit der modernen Strahlverfolgung.

Neben der Level-Geometrie und der Beleuchtung beziehungsweise deren Fehlen unterscheidet sich Doom auch noch an anderer Stelle gravierend von selbst den Urahnen heutiger 3D-Spiele. Doom nutzt, wie praktisch alle Shooter der 1990er, Sprite-Darstellung für Objekte und Gegner. Sprites im Sinne von Doom und diesem Raytracing-Port bestehen aus vorberechneten oder -erstellten 2D-Bildern. Im Falle von Doom wurden die Sprites der Monster häufig aus abfotografierten Knetskulpturen geschaffen und von Hand veredelt. Diese Einzelbilder werden im Falle der Charakter-Sprites in mehreren Blickrichtungen erstellt (in Doom zumeist acht, einige wurden aber auch einfach gespiegelt) und auf eine flache, durchsichtige Polygonfläche gerendert. Diese kann dann frei im Raum bewegt werden, die Sprite-Textur skaliert passend zur Entfernung - pixelt bei zu großer Annäherung allerdings mächtig auf, eine der vielen typischen Schwachstellen der Sprite-Darstellung. Sprites ohne unterschiedliche Blickrichtungen (etwa Goodies, Waffen, Medpacks und Level-Verzierungen) sind stets zur Kamera gewendet. Es entstehen zudem perspektivische Probleme, wenn sich der Spieler deutlich unter- oder oberhalb des betreffenden Sprites befindet. In Doom ist Letzteres aufgrund der eingeschränkten Level-Architektur etwa ohne schräge Flächen allerdings nur relativ selten problematisch.

Doom RT: Wie funktioniert die alte Technik mit modernen Features?

Doom unterscheidet sich technisch also recht drastisch von heutigen First Person Shootern. Ein Quake mit Raytracing zum Laufen zu bringen, wäre ob der "echten" 3D-Grafik, die damals für so viel Aufsehen sorgte viel naheliegender. Aber das ist ja auch irgendwie das Interessante an diesem Projekt. Wie funktioniert das Ganze also und wie bringt man es zum Laufen?

Doom Ray Traced nutzt, wie eingangs erwähnt, den Open-Source-Port PrBoom, ein auf dem von id Software veröffentlichten Code basierender Port für unter anderem Windows, Linux und Mac, der bereits seit vielen Jahren existiert und dessen Code wiederum für andere Ports und Projekte genutzt wurde, etwa für einen Android-Port oder um Doom auf Amazons Kindle lauffähig zu machen. PrBoom "übersetzt" das alte Doom im Prinzip, um es für heutige Systeme und Hardware zum Laufen zu bringen. Der Port dient aber ebenso dazu, Fähigkeiten moderner Hardware zugängig zu machen und etwa 3D-Beschleunigung zu ermöglichen. PrBoom und auch Doom Ray Traced nutzen OpenGL - für die Raytracing-Fähigkeiten kommen also OpenGL-Extensions zum Einsatz. Aus diesem Grund war Doom Ray Traced bis vor rund einer Woche auch ausschließlich auf Nvidias RTX-Grafikkarten nutzbar. Dank Einsatzes von kd-11, eines weiteren GitHub-Nutzers mit einigen interessanten Projekten, werden mit Version 1.0.6 des Raytracing-Projekts aber auch AMD-Grafikkarten mit entsprechend unterstützt.

Quelle: PC Games Hardware Doom Ray Traced - insbesondere die Schatten und in düsteren, nur wenig erhellten Gebieten ist die starke temporale Verrechnung des Raytracings sichtbar. Dies ist auch bei einigen Lichteffekten auffällig. Das Bröseln verbessert sich bei steigender Bildrate, wird aber erst bei sehr hohen unscheinbar. Das Raytracing-Licht ist zudem langsam: Einige Effekte, etwa Spiegelungen, sind noch zu sehen, wenn das ursprünglich gespiegelte Objekt, wie ein Geschoss, bereits verschwunden ist. Wenn Sie Doom Ray Traced selbst ausprobieren möchten, Ihnen die ganze Chose aber etwas arg kompliziert vorkommt - keine Bange, die Installation und das Ausführen von Doom samt schicker Raytracing-Grafik ist im Grunde kinderleicht: Sie benötigen eine Version des Original-Dooms. Gehen Sie dann auf die Github-Webseite des Projekts zu "Releases" und laden Sie die aktuelle Version herunter (unter Assets am Ende der Spalte). Entpacken Sie das Archiv in einen Ordner Ihrer Wahl. Laden Sie nun Doom herunter, falls noch nicht geschehen, und kopieren Sie dann die Datei DOOM.WAD (diese enthält alle Level und Assets) in den gleichen Ordner. Darauf können Sie die Datei PRBOOM-PLUS.EXE ausführen, fertig.

Sollten Sie DLSS nutzen wollen: Gehen Sie abermals auf die Projektseite und laden Sie dort die beiden nötigen Nvidia-DLLs herunter und entpacken/kopieren Sie diese in das PrBoom-Plus-Verzeichnis. Auf der GitHub-Webseite steht des Weiteren ein optionales Musik-Paket im Ogg-Format zur Verfügung.

Doom RT: Beeindruckende Licht- und Schattenspiele

Doom mit Raytracing ist durchaus beeindruckend. Wenn Sie das Spiel mit Raytracing starten und Ihren Blick über die klassische Architektur des ikonischen Starts auf der Map E1M1 schweifen lassen, zeigen sich schnell gravierende Unterschiede. Spielen Sie weiter, werden Ihnen insbesondere die sehr eindrücklichen Schattenwürfe ins Auge springen. Nahezu jede Lichtquelle wirft Schatten, darunter auch gegnerische Geschosse oder das Mündungsfeuer Doom-Guys trauter Shotgun. Die glühenden Geschosse - gleich ob blau gleißendes Plasma oder unheilvolles Höllenfeuer - sind dabei aber aufgrund ihrer Dynamik ein besonderer Hingucker. Wenn etwa die roten Feuerkugeln der Imps oder Ihre von heißem Feuerschweif getriebenen Raketen durch die Level zischen, tanzen vielzählige Schatten der Architektur, der Gegner und sogar Ihrer eigenen Spielfigur über die Umgebung.

Die Schatten werden mit der Entfernung immer undeutlicher, erstrecken sich aber weit und weich über die gesamte Geometrie und interagieren wiederum mit von anderen Lichtern geworfenen Silhouetten. Und von Letzteren gibt es bemerkenswert viele, selbst im Vergleich zu heutigen Spielen. Wenn Sie etwa die Plasma Gun abfeuern, wirft jedes einzelne der Schnellfeuergeschosse einen Schatten. Dazu erzeugen grüne Giftlaken mit Doom Ray Traced schummriges Licht, rot glühende Lava sorgt für höllischen Flair, die Displays von Schalten und Computerkonsolen leuchten in der Dunkelheit.

Doom Raytracing-Vergleich

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Vollbild-Vergleich

In erster Linie ist es allerdings schon beeindruckend, dass Raytracing in Doom überhaupt funktioniert. Um die alte Technik des Spiels zumindest in gewissem Umfang mit der modernen Strahlenverfolgung kompatibel zu machen, kommen einige Kniffe zum Einsatz. Die erste Hürde ist mit dem PrBoom-Port, OpenGL und der generellen Raytracing-Unterstützung getan, doch wie funktioniert die Verfolgung von Strahlen in einem Spiel wie Doom, in dem es technisch gesehen nicht einmal Licht gibt? Würde man in Doom einfach nur Raytracing integrieren und hinzuschalten, wäre das Ergebnis ein perfekt schwarzes Bild. Es gäbe kein Licht, nur vollkommene Schatten. Wie funktioniert Doom Ray Traced also?

Der "Trick" ist folgender: Für Raytracing benötigt es neben Lichtquellen Materialien, die nach physikalischen Begebenheiten mit diesen interagieren können - zumindest in gewissem Rahmen. Daher nutzt der Raytracing-Ansatz für Doom einige Override-Materialien (zu finden im entsprechenden Ovrd-Ordner im Archiv bzw. Ihrer Installation), mit denen die ursprünglichen Pixeltapeten sowie einige Sprites in Doom ersetzt werden. Diese enthalten unter anderem eine Normal-Map und Specular-Eigenschaften. Diese beiden Elemente bestimmen, wie ein modernes Material Licht beim Auftritt streut und reflektiert - und steuern etwa, ob eine Wasseroberfläche oder glänzendes Metall mit Spiegelungen versehen wird oder nicht. Die Normal-Map enthält zudem Tiefeninformationen, die nützlich sind, um die Albedo-Texturen - hierbei handelt es sich um die eigentliche Färbung bzw. die klassische Textur, in diesem Fall also die ursprüngliche Pixeltapete - innerhalb des Materials zu verschatten und glaubhaft auszuleuchten.

Quelle: PC Games Hardware Doom Ray Traced - Es werden beim Einsatz von RT offenbar auch in bestimmten Sektoren Point Lights erzeugt - eventuell ist dies abhängig von ihrer Helligkeit und Größe. Hier sehen Sie eine solche Punkt-Lichtquelle, die vollständige Raytracing-Effekte ermöglicht. Das eigentliche Licht für das Raytracing stammt aus mehreren Quellen. Ebenfalls im Override-Verzeichnis finden Sie die Datei "textures_metainfo.txt." Hier werden die Lichtquellen und ihre Färbung definiert. In der Datei sind die einzelnen Sprites und Texturen gelistet, die im Spiel Licht von sich geben. Schießt etwa einer der Fußsoldaten auf Sie, spawnt Doom Ray Traced an der Stelle des entsprechenden Sprites während der Animation eine Lichtquelle, häufig ein gleichmäßig in alle Richtungen scheinendes Point-Light. Im Falle der ikonischen Explosivfässer mit ihrem giftig grünen Inhalt wird indes ein nach oben strahlendes Cone-Light mit entsprechend grünlicher Färbung erstellt.

Dazu kommen Licht emittierende Texturen, darunter auch die Skybox (die "Himmelstexturen"). Diese entsendet passend gefärbtes Licht von oben herab und durch Fenster und Türen in Dooms finstere Verließe und sorgt in Leveln mit diesen Zugängen für eine gewisse Grundhelligkeit. In Räumen, in denen weder die Skybox noch Licht emittierende Texturen vorhanden sind, ist es stockdunkel - es sein denn, Sie oder ein Gegner sorgen mit dem Abzugsfinger für Erleuchtung. Um für letztgenannte Umstände gewappnet zu sein, gibt Ihnen der Entwickler von Doom Ray Traced eine Taschenlampe mit auf den Weg. Auch diese wirft selbstverständlich einen Raytracing-Schein und sorgt darüber hinaus für eine durchaus beklemmende und interessante Survival-Horror-Erfahrung, die Doom eigentlich erst in einem späteren Leben heimsuchte.

Quelle: PC Games Hardware Doom Ray Traced - Die mit Raytracing oft düstere Grafik hat einen eigenen Flair. Die Taschenlampe ist oft nötig, um die von nur wenigen Lichtquellen und schummrig glimmenden Texturen ausgeleuchtete Düsternis in Dooms finsteren Gebäudekomplexen zu erhellen. Generell ist das Raytracing in Doom sehr eindrücklich - wie bereits beschrieben, insbesondere bei dynamischen Lichtquellen. Rasen Feuerschweife von Raketen gemeinsam mit Imp-Feuerbällen und Plasma-Kugeln durch die Level, dann geistern ebenso viele, sich überlagernde und überdeckende, hin und her zuckende Schatten über die Wände. Aber auch die oft tiefen, düsteren Schatten und die darin schummrig leuchtenden Fackeln, glimmende Schalter und schillernde, die Umgebung undeutlich widerspiegelnde Blutlachen machen definitiv etwas her.

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Doom Ray Traced - Shooter-Großvater mit High-Tech-Infusion auf dem Benchmark-Prüfstand Mit Doom erschien 1993 ein Ego-Shooter, der das Genre prägte. Fast 30 Jahre später erstrahlt der id-Software-Klassiker in moderner Raytracing-Pracht - Fans machen es möglich. Technisch ist Doom Ray Traced sehr spannend, da in den 90ern noch keine "echte" Beleuchtung verfügbar war, die sich durch Raytracing ersetzen lässt. PCGH hat sich Doom RT angesehen und präsentiert Grafikkarten-Benchmarks.

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